O efluente sintético foi obtido a partir da dissolução de corante, meio basal, tampão e fonte de carbono em água.
O corante utilizado no efluente sintético foi o Reactive Red 2 (Procion Red MX- 5B, 40%, Sigma-Aldrich, USA), ilustrado na Figura 5. Esse corante possui massa molecular de 601,323 g.gmol-1, sistema reativo diclorotriazina e é da classe química monoazo. O doador de elétrons utilizado foi o etanol (CH3CH2OH) (46,07%, Dinâmica, Brasil) a uma concentração de 1 mL/L.
Figura 5 – Estrutura química Reactive Red 2
Fonte: Silva (2011).
O meio basal é constituído por micronutrientes (Tabela 6) e macronutrientes (Tabela 7). Os micronutrientes são os nutrientes necessários em pequenas concentrações para que a comunidade bacteriana possa se desenvolver. A solução era utilizada na concentração de 1mL/L de afluente preparada e apresenta os seguintes elementos (DOS SANTOS, 2005b).
Tabela 6 – Solução de micronutrientes
Nutriente Concentração (mg/L) H3BO3 50 FeCl2.4H20 2000 ZnCl2 50 MnCl2.4H2O 500 CuCl2.2H2O 38 (NH4)6Mo7O24.4H2O 50 AlCl3.6H2O 90 CoCl2.6H20 2000 NiCl2.6H20 92 NaSeO3.5H2O 162 EDTA 1000 HCl 36% 1
Fonte: Dos Santos (2005b).
Os macronutrientes, por sua vez, são os nutrientes necessários em grandes concentrações para que a comunidade bacteriana possa se desenvolver. A solução era utilizada na concentração de 10mL/L de afluente preparada e apresenta os seguintes elementos (DOS SANTOS, 2005b).
Tabela 7 – Solução de macronutrientes Nutriente Concentração (mg/L) NH4Cl 280 K2HPO4 250 MgSO4.7H2O 100 CaCl.2H2O 10
Fonte: Dos Santos (2005b).
O tampão utilizado era o bicarbonato de sódio (NaHCO3) (VETEC) mantendo o pH próximo a 7. Este era utilizado com concentração de 1g/L.
Em algumas Fases, foi utilizado o mediador redox AQDS, Antraquinona-2,6- dissulfonato (Sigma Aldrich, USA) (Figura 6), a fim de avaliar seu efeito na eficiência do sistema biológico na remoção de cor.
Figura 6 – Estrutura química do mediador redox AQDS
Fonte: Silva (2011)
4.1. Reator UASB
Durante a etapa do tratamento biológico do efluente sintético foi utilizado um reator anaeróbio de manta de lodo e fluxo ascendente (UASB) confeccionado a partir de tubos de acrílico e conexões de PVC. O volume útil do reator UASB era de 3,2 L, e foi operado com tempo de detenção hidráulica, TDH, de 24 horas. O reator apresentou Vútil de 3,5 L/dia, diâmetro de 100 mm e altura total de 90 cm.
O afluente ao sistema era mantido em refrigerador a uma temperatura de aproximadamente 5°C, de forma a evitar possível proliferação de microrganismos e, logo, sua degradação prematura. Era, então, transferido para o reator através de uma bomba peristáltica modelo Minipuls 3, fabricada pela Gilson, EUA, em uma vazão nominal de 3,2 L/dia em temperatura ambiente, aproximadamente 27°.
O biogás produzido era coletado e medido quantitativa e qualitativamente, respectivamente por um medidor de gás previamente calibrado e por cromatografia gasosa (Gas Chromatograph, Shimadzu – GC 17A).
Nas Fases em que houve a microaeração, foi utilizado um sistema de microaeração através da bomba Resun Air Pump AC 1000 que foi anteriormente calibrada para uma vazão de 1 mL/min de ar atmosférico.
A Figura 7 apresenta um esquema ilustrativo do reator UASB e a Figura 8 mostra o reator UASB utilizado no experimento.
Figura 7 – Esquema ilustrativo do reator UASB
Figura 8 – Reator UASB utilizado no experimento
Fonte: Autor (2016).
4.1.1. Lodo de inóculo
O lodo anaeróbio, granular, utilizado nos experimentos dessa pesquisa, foi coletado de um reator UASB mesofílico da estação de tratamento de efluentes de uma indústria de cerveja localizada no Distrito Industrial da Região Metropolitana de Fortaleza, Ceará, e inoculado no reator a uma concentração de aproximadamente 30 g SSV/L.
A Figura 9 apresenta o lodo de inóculo utilizado no experimento.
Figura 9 – Lodo de inóculo
Fonte: Autor (2016).
O experimento com o reator biológico foi dividido em aclimatação, na qual o etanol era a única fonte de carbono e energia, e outras quatro etapas com a presença do corante na composição do esgoto, como demonstrado na Tabela 8. Durante todas as etapas não houve variação no tempo de detenção hidráulica (TDH) do reator, que foi fixado em 24 horas.
Após atingir condições operacionais estáveis durante o período de aclimatação, o reator passou a ser alimentado com corante RR2 a uma concentração de 50 mg/L (Fase I). Posteriormente, foi iniciada a microaeração do reator a uma vazão de 1,0 mL/min de ar atmosférico (Fase II). A vazão de microaeração foi determinada a partir de Firmino (2011), que utilizou essa vazão de microaeração para tratamento de águas residuárias contaminadas com BTEX.
Em seguida, o mediador redox AQDS foi introduzido a uma concentração de 25 μM (Fase III). Finalmente, o sistema de microaeração foi desligado, permanecendo o mediador redox (Fase IV). A transição entre as etapas foi feita após a verificação da estabilidade (variação de até 10%) da concentração efluente de corante nos três últimos pontos analisados (equivalente a uma semana de operação).
Tabela 8 – Condições de operação do reator UASB
Parâmetros operacionais
Fase Aclimatação I II III IV
Final da fase (dias) 84 211 260 361 456
TDH (h) 24 24 24 24 24
Substrato (g DQO/L) 2 2 2 2 2
RR2 (mg/L) - 50 50 50 50
Mediador Redox AQDS (µM) - - - 25 25
Microaeração (mL/min) - - 1,0 1,0 -
Fonte: Autor (2016).
4.1.3. Análises
A cor era determinada três vezes na semana através de espectrofotômetro (HACH, DR – 6000). O efluente sintético era previamente diluído (1:5) em água e depois
diluído (1:2) em tampão de fosfato (10,86 g/L NaH2PO4·2H2O e 5,98 g/L Na2HPO4·2H2O), resultando em um fator de diluição de 10. O efluente após tratamento no UASB era filtrado e diluído (1:2) em tampão fosfato.
Após preparo, as amostras eram centrifugadas por 2 minutos a 13000 rpm (Eppendorf – Mini Spin) e as absorbâncias da cor eram lidas no comprimento de onda (λ) característico do corante Reactive Red 2 , 513 nm. Além disso, era realizada a varredura das amostras, com mesmo fator de diluição, entre os comprimentos de onda de 190 e 700 no espectrofotômetro (HACH, DR – 6000).
A DQO e a alcalinidade eram determinados de acordo com o Standard Methods (APHA, 1998), os ácidos graxos voláteis (AGV)pelo método de Kapp (BUCHAUER, 1998), o biogás era lido no cromatógrafo de gás (Gas Chromatograph, Shimadzu – GC 17A) e o pH na sonda (Hanna, H9828). A caracterização de biogás foi realizada, em termos de ar (O2 + N2), CO2 e CH4, por cromatografia gasosa com detecção por condutividade térmica (GC- TCD, gas chromatography-thermal conductivity detection) (GC-17A, Shimadzu Corporation, Japão). A amostra de biogás (1,0 mL) era injetada no modo splitless, e a separação cromatográfica era realizada em uma coluna Rt-QPLOT (polímero poroso de divinilbenzeno, 30 m, 0,53 mm D.I.) (Restek Corporation, EUA). As temperaturas do forno, do injetor e do detector eram 40, 50 e 200 °C, respectivamente. Hélio (White Martins, Brasil) era utilizado como gás de arraste a um fluxo de 0,7 mL·min-1, e o tempo de corrida, 5 min (FIRMINO, 2013).
Ao término de cada Fase, era feita coleta de lodo para análise microbiológica a fim de analisar a evolução da microbiota.